Лабораторна робота № 1

Визначення головних породоутворюючих мінералів за зовнішніми ознаками

 

1.1 Морфологічні особливості та фізичні властивості мінералів

1.1.1 Характеристика морфологічних особливостей мінералів

Мінералами (від латинського "мінера" – руда) називаються природні хімічні сполуки або самородні елементи, які утворюються внаслідок різних фізико-хімічних процесів у земній корі або на її поверхні.

Більшість мінералів – тверді (кварц, кальцит, алмаз та ін.), але є і рідинні (вода, ртуть та ін.), а також гази (кисень, азот, вуглекислота та ін.).

Тверді мінерали можуть мати кристалічну та некристалічну будову. При кристалічній будові елементарні частинки (атоми, молекули, іони) розташовуються в точно визначеному порядку – у вузлах кристалічної решітки. Кристали мають форму правильних многогранників: куба, призми, піраміди, октаедра, тетраедра, тощо; листка, луски, волокна, пластинки. Правильна геометрична форма кристалів є важливою зовнішньою ознакою кристалічної будови мінералів. Наприклад, мінерал пірит часто зустрічається у вигляді кристалів кубічної форми, кварц – пірамідальної або призматичної. Мінерали, кристалічна будова яких виявляється тільки під мікроскопом, називають прихованокристалічними. Багато мінералів мають некристалічну (аморфну) будову, коли елементарні частинки розташовуються безладно (опал, халцедон та ін).

Для характеристики різних форм кристалічних зерен застосовується така термінологія:

1. Ізометричні зерна мають однакову довжину, ширину та висоту. Агрегати з таких зерен називають зернисто-кристалічними.

2. Вигляд зерен, які витягнуті у одному напрямку, характеризується такими термінами: стовпчасті, голкуваті, волокнисті.

Для опису агрегатів, які складені подовженими зернами, якщо спостерігається їх упорядковане розташування, застосовуються такі приставки: паралельно, або радіально - (наприклад, паралельно-волокнистий, радіально-голчастий).

3. Зерна можуть мати вигляд сплюснутий в одному напрямку. В залежності від ступеня сплюснутості вони характеризуються такими термінами: таблетковий, пластинчатий, листуватий, лускуватий.

Для характеристики прихованокристалічних та аморфних мінералів застосовуються такі терміни:

а) щільний склад – агрегати в зломі не виявляють помітних деталей, поверхні злому гладкі або трохи криволінійні (раковистий злом);

б) землистий склад – характеризується порівняно крихкотілим скупченням дрібних частинок, комочків, які легко відокремлюються один від одного; злом таких агрегатів нерівний, шершавий. Деякі характерні агрегати одержали назву, яка не вимагає спеціального пояснення, наприклад, гроновидний, нирковидний і т.п.

Рис. 1.1. Форми знаходження мінералів в природі

 

Зростки мінералів можуть мати такі форми ( рис. 1.1.):

1. Зернисті – дрібні, зерна мінералів, які зрослися.

2. Землисті – за зовнішнім виглядом нагадують крихкотілий ґрунт і легко розтираються поміж пальцями.

3. Щільні – неможливо відрізняти контури окремих зерен навіть при невеликому збільшенню.

4. Листуваті, пластинчаті або лускуваті – кристали легко розчіплюються на окремі листочки, пластини, лусочки.

5. Друзи – зростки кристалів, які прикріплені одним кінцем до загальної основи.

6. Дендрити – вітвисті деревоподібні агрегати, які виникають при швидкій кристалізації.

7. Конкреції – агрегати кулеподібної форми з радіально-променистою будовою.

8. Ооліти – невеликих розмірів кульки, зцементовані або в крихкотіло­му стані.

 

1.1.2. Фізичні властивості мінералів

Розрізняють такі зовнішні (макроскопічні) фізичні властивості мінералів: колір, колір риски, прозорість, блиск, спайність, злом, твердість, розчинення у кислотах, смак, запах, щільність.

Колір. Майже всі мінерали забарвлені в той чи іншій колір. Багато з них були названі за цими ознаками. Наприклад, гематит (від грецького "гематікос" - кривавий), альбіт (від латинського "альбіус" - білий), рубін (від латинського "рубін" - червоний).

Для характеристики кольору та його відтінків використовують такі терміни: білий, чорний, сірий, бурий, червоний, жовтий, зелений, синій. Такі назви, як оранжевий, рожевий, блакитний застосовуються для уточнення відтінків, наприклад, оранжево-жовтий, блакитно-білий та ін. Для відтінків також вживаються приставки темно-, світло- і ін., а для мінералів з металічним блиском обов'язково як приставку використовують назву металу (наприклад, мідно-червоний, золотисто-, латунно-, бронзово-жовтий, свинцево- або залізо-сірий, залізо-чорний і ін.). Крім основного забарвлення мінерали інколи мають додаткові відтінки – мінливість, обумовлену явищем інтерференції світла на поверхні мінералів внаслідок різних реакцій при вивітрюванні.

Колір риски. Багато мінералів у дрібно-подрібненому стані (порошку) мають зовсім інший колір, так званий колір риски (або просто – риска). Це важлива діагностична ознака мінералу. Для визначення кольору риски нема потреби подрібнювати мінерал, а досить провести ним по фарфоровій пластинці (бісквіту). Для характеристики риски вживаються такі ж терміни, як і для кольору.

Прозорість. Це здатність мінералів пропускати світло. Розрізняють прозорі ( гірський кришталь, ісландський шпат та ін.), напівпрозорі ( халцедон, опал та ін.) і непрозорі ( графіт, пірит та ін.). Багато мінералів у тонких пластинках просвічуються (наприклад, біотит).

Блиск. Це здатність мінералів відбивати світло ( залежить від кількості відбитого світла ) за цими властивостями мінерали розподіляють на дві великі групи: з металічним та неметалічним блиском.

Металічний блиск – це блиск свіжого злому металу. Решта – неметалічні. Відрізняють блиск алмазний; дуже сильний – відбиває багато світла; дзеркальний – блиск дзеркала, скляний – блиск поверхні скла; шовковистий – при паралельно-волокнистій будові; жирний – поверхня мінералу наче намазана жиром і перламутровий - колір інтерференції. Багато мінералів не мають блиску і є матовими.

Спайність. Це здатність мінералів розколюватись при ударі по окремих кристалографічних напрямках з утворенням гладких або дзеркальних поверхонь – поверхонь спайності. Спайність притаманна тільки кристалічним мінералам, але відсутня у монокристалів. Напрямок площин спайності не випадковий і відповідає напрямкам, найбільш щільних кристалічних решіток. Спайність може спостерігатись по одному, двох, трьох, чотирьох і навіть шести напрямках. Слід розрізняти площини спайності від граней кристалу. Наприклад, у кварці спайність відсутня, хоч він і зустрічається часто у формі кристалів з гладкими поверхнями.

Відрізняють такі типи спайності:

а)        дуже досконала – мінерал легко розколюється по визначеному напрямку на окремі пластинки, листочки або лусочки (слюда, графіт, гіпс та ін.);

б)        досконала – при ударі мінерал розколюється по рівних, гладеньких площинах на уламки, які нагадують первинні кристали (галіт, кальцит та ін.);

в) недосконала – розпізнається важко на уламках мінералу. Значна частина уламків обмежена неправильними поверхнями (апатит, берил та ін.);

г) спайність відсутня – при ударі мінерал розколюється по випадкових напрямках з неправильними поверхнями злому (кварц, лимоніт та ін.).

Злом. Для визначення деяких мінералів доброю діагностичною ознакою є злом – випадковий напрямок розлому мінералу. За характером поверхні, яка утворюється при розколі мінералу, виділяють такі типи злому:

а) рівний (ступінчатий), характерний для мінералів зі спайністю;

б) раковистий (опал, халцедон та ін.), який нагадує внутрішню поверхню раковини;

в) занозливий (рогова обманка, гіпс та ін.) – притаманний мінералам з волокнистою або голковою будовою;

г) землистий (каолініт та ін.) – характерний для землистих мінералів;

д) зернистий – мають мінерали зернистої будови.

Твердість. Це здатність мінералів чинити опір механічним зусиллям, які роз'єднують його частинки. Ступінь твердості мінералів визначається приблизно у порівнянні з твердістю еталонних мінералів за шкалою Ф.Мооса (табл. 1.1).

Для визначення твердості мінералів у лабораторних умовах (рис. 1.2.) користуються підручними предметами, твердість яких відома: м'який олівець – 1; ніготь – 2,5; мідна монета – 3-4; скло – 5-5,5;  лезо бритви – 5-6; терпуг – 7.

Рис. 1.2. Визначення твердості в лабораторних умовах

 

Таблиця 1.1.

Шкала твердості Мооса

 

Скло дряпає всі мінерали з твердістю менше 5, а мінерали з твердістю більше 5 – самі дряпають скло. Цими підручними засобами можна визначити твердість більшості мінералів, оскільки мінерали з твердістю більше 6 зустрічаються порівняно рідко.

Розчинення у кислотах. Всі мінерали класу аргіонатів (кальцит, малахіт та ін.) реагують з соляною кислотою із виділенням вуглекислого газу, бульбашки якого складають враження кипіння кислоти. Деякі мінерали цього класу розчинюються у роздрібненому стані (доломіт) або при підігріванні (магнезит). Для визначення мінералів застосовується 10% розчин соляної кислоти, капля якого з допомогою скляної палички або крапельниці наноситься на поверхню зразка або на порошок.

Смак, запах. Всі мінерали, які розчиняються у воді, мають певний смак. Так, галіт – солоний, сильвін – гірко-солоний. Деякі мінерали при терті один об одного випускають характерний запах. Так, при терті фосфориту з'являється запах горілої шкіри; запах сірчаного газу характерний для пірита та сірки.

Щільність. Ця властивість мінералів змінюється в широких межах – від менше 1 (гази, бітуми) до 23 г/см³ (група осьмистого іридію). У ряді випадків щільність є доброю діагностичною ознакою (навіть зважуючи мінерал на долоні, можна приблизно визначити його щільність). За щільністю всі мінерали розподіляються на легкі – з щільністю до 2,5 г/см³, середні – від 2 до 4, важкі – більше 4 г/см³.

 

1.2. Методика визначення головних породотворчих мінералів

1.2.1. Методика користування визначником породотворчих мінералів

Мінерали за зовнішніми (макроскопічними ознаками) визначаються з допомогою спеціального визначника, який включає в собі мінерали, передбачені навчальною програмою для студентів будівельних спеціальностей.

Визначення мінералів необхідно починати з твердості. За цією ознакою всі мінерали у визначнику розподілені на три групи:

1.Мінерали з твердістю до 2 включно (дряпаються нігтем).

2. Мінерали з твердістю від 2 до 5 включно (нігтем не дряпаються і не дряпають скло).

3. Мінерали з твердістю вище 5 (дряпають скло).

В кожній такій групі мінерали розподілені за кольором на світлі та темні, які в свою чергу розподіляються на підгрупи мінералів – зі спайністю і без спайності. Кожна підгрупа вміщує назву декількох мінералів, де приводяться і другі діагностичні признаки: блиск, особистий колір, колір риски, щільність, найпростіші реакції.

Мінерали необхідно визначати таким чином.

Перш за все визначають його твердість. Припустимо, що мінерал не дряпається нігтем і не дряпає скло. Отже, він відноситься до другої групи.

Потім визначають колір мінералу. Наприклад, якщо він білого, блакитного, жовтого кольору (або їх комбінацій), мінерал відноситься до групи світлих. Після цього визначають наявність спайності. Для цього необхідно знайти свіжий злом мінералу. Припустимо, що на зломі зустрічаються рівні блискучі паралельні поверхні. Отже, мінерал має дуже досконалу спайність. Відповідно визначнику в цю підгрупу включені декілька мінералів з подібними властивостями: галіт, кальцит, доломіт і ін. Для їх розпізнавання необхідно визначити і інші розпізнавальні ознаки. Припустимо, мінерал кристалічної будови, форма кристалів плитчаста або призматична, має скляний блиск, прозорий, бурхливо реагує з соляною кислотою. За всіма ознаками – це кальцит.

 

1.3. Мінерали з твердістю до 2 включно (дряпаються нігтем)

А. Світлі зі спайністю

ГІПС. Зернисті, дрібнокристалічні маси, агрегати. Окремі кристали пластинчастої, стовпчастої чи призматичної форми. Спайність дуже до­сконала. Твердість 2. Блиск скляний, перламутровий, шовковистий. Злом дрібнозернистий, скалкуватий. Безкольоровий, рожевий, окремі кристали водяно-прозорі. Риска біла.

ТАЛЬК. Листуваті, лускаті, щільні маси. Спайність дуже досконала. Твердість 1. Колір блідо-зелений, жовтуватий, з шовковистим або скляним блиском. Жирний на дотик.

КАОЛІНІТ. Землисті, крихкі або тонкозернисті агрегати. Спайність дуже досконала. Блиск матовий. Колір білий, сірий або жовтуватий. Жирний на дотик, забруднює руки.

МОНТМОРИЛОНІТ. Тонкодисперсні суцільні глиноподібні агрегати. Спайність досконала. Колір білий з сіруватим або жовтуватим відтін­ком. Злом раковистий, блиск матовий.

МУСКОВІТ. Листяно-зернисті та лускоподібні агрегати, з сильним перламутровим блиском (до дзеркального), твердість 2-2,5. Спайність дуже досконала в одному напрямку (розчіплюється на тонкі пружні листочки). Безкольоровий або жовтуватий, інколи зеленуватого кольору.

 

Б. Темні зі спайністю

БІОТИТ. Будова, блиск і спайність аналогічна мусковіту. Колір чорний або темнозелено-чорний, в товстих пластинах непрозорий. Твердість 2-2,5.

ГРАФІТ. Тонколускуваті, землисті агрегати. Спайність найдосконаліша. Темно-сірого або залізо-чорного кольору з металевим або матовим блиском. Жирний на дотик, пише на папері.

ХЛОРІТ. Листувато-лускуваті агрегати. Спайність дуже досконала, слюдоподібний. Зеленого кольору з відтінками. Жирний на дотик.

 

1.4. Мінерали з твердістю від 2 до 5 включно.

А. Світлі зі спайністю

ГАЛІТ. Кристалічно-зернисті агрегати, окремі кристали, друзи. Зовнішність кристалів переважно кубічна. Твердість 3. Спайність досконала, злом зернистий, а в окремих кристалах – раковистий. Колір прозорий, білий, зафарбований домішками. Солоний на смак.

КАЛЬЦИТ. Зернисті агрегати, кристалічні маси, друзи, окремі кристали пластинчатої форми. Спайність досконала в трьох напрямках. Блиск скляний. Безкольоровий, білий, жовтий, рожевий, блакитний, бурий. Бурхливо реагує з соляною кислотою.

ДОЛОМІТ. Кристалічно-зернисті маси. Твердість 3,5-4. Спайність досконала. Блиск скляний. Колір білий, сірий, сіро-білий. Реагує з соляною кислотою в порошку.

МАГНЕЗИТ. Крупнозернисті агрегати. Твердість 3,5-4,5. Спайність досконала. Колір білий з жовтим або сірим відтінком, блиск скляний.

БАРИТ. Зернисті щільні агрегати. Кристали пластичної форми. Блиск скляний, спайність досконала. Твердість 2*5-3,5. Колір білий. Велика щільність (4,5 - 4,7) для мінералів з скляним блиском. Риска біла.

ФЛЮОРИТ. Зернисті агрегати, зростки кристалів частіше кубічної форми. Спайність досконала, блиск скляний. Твердість 4. Пофарбований в різні кольори (часто навіть в невеликому зразку): фіолетовий, зелений, жо­втий, блакитний, рожевий. Злом плоскораковистий.

ХАЛЬКОПІРИТ. Суцільні зернисті маси, окремі зерна, часто трикутної форми. Твердість 3-4. Спайність недосконала, злом раковистий, нерівний. Колір латунно-жовтий, золотисто-жовтий. Риска чорна або зелено-чорна.

 

Б. Темні зі спайністю

МАЛАХІТ. Натічні форми, землисті маси, волокнисті агрегати. Твердість 3,5-4. Спайність недосконала. Злом раковистий. Колір зелений, блиск скляний, матовий. Риска світло-зелена. Бурхливо реагує з соляною кислотою.

ГАЛЕНІТ. Зернисті агрегати, кристали, друзи. Твердість 2-3. Спайність досконала. Злом дрібно ступінчатий, нерівний. Блиск металічний, матовий. Колір чорний, сіро-чорний. Велика щільність – 7,4 - 7,6. Риска сіро-чорна.

КІНОВАР . Щільні зернисті маси, вкраплини неправильної форми. Спайність досконала. Злом раковнистий, інколи занозливий. Колір кармінно-червоний, коричнево-червоний. Блиск дзеркальний, матовий. Риска яскраво-червона. Важкий мінерал (щільність 6 - 8,2).

СИДЕРІТ. Кристалічно-зернисті агрегати, ооліти, кулькові конкреції. Твердість 4-4,5. Спайність досконала. Блиск скляний. Колір жовто-бурий, темно-бурий, сірий. Риска світло-коричнева, з соляною кислотою не реагує, утворює зеленувато-жовту пляму - хлористе залізо.

 

1.5. Мінерали з твердістю більше 5 (дряпають скло)

А. Світлі зі спайністю

ОРТОКЛАЗ. Назва походить від грецького "ортоклаз" (що прямо розколюється). Суцільні кристалічні маси. Форма кристалів призматична, товстопластинчата, при розколюванні утворює прямокутні форми. Твер­дість 6-6,5. Спайність досконала в двох напрямках. Блиск скляний, перламутровий. Колір блакитно-сірий, світло-рожевий, бурий, м'яко-червоний, зелений. Риска біла.

ПЛАГІОКЛАЗ. Дрібнозернисті кристалічні маси, часто пластинчатої форми або пластинчато-призматичні кристали. Твердість 6-6,5. Спайність досконала, блиск скляний. Колір білий, кремовий, сірий.

 

Б. Світлі без спайності

КВАРЦ. Суцільні щільні маси, інколи зернисті, окремі кристали, друзи. Розміри кристалів дуже різноманітні. Мають вигляд шестигранних призм, тригональної діпіраміди. Спайність відсутня, злом раковистий, нерівний. Блиск скляний, дзеркальний, матовий. Без кольору, забарвлення обумовлено наявністю домішок – від молочно-білого до чорного кольору.

ХАЛЦЕДОН. Прихованокристалічний різновид кварцу. Суцільні маси, натічні утворення. Спайність відсутня. Твердість 7. Злом раковистий, нері­вний. Просвічується по краях. Колір білий, блакитний, жовтуватий, корич­невий. Блиск восковий, матовий.

ОПАЛ. Аморфний різновид кремнезему, натічні маси, конкреції. Твердість 5,5-6,5. Спайність відсутня, злом раковистий. Блиск восковий, матовий, колір білий, жовтий, бурий, блакитний. Щільність 1,9 - 2,3.

ПІРИТ. Зернисті агрегати, конкреції з радіально-променистою будовою, окремі кристали в формі куба. Твердість 6-6,5. Спайність відсутня. Колір світло-жовтий, латунно-жовтий. Блиск металічний. Щільність 4,2 -5,2. Риска буро-чорна.

 

В. Темні зі спайністю

ЛАБРАДОР. Дрібні та крупні пластинчаті кристали. Кристалічні маси. Твердість 6. Спайність досконала. Колір темний. На площинах спайності при обертанні виявляється гра кольорів в синювато-зелених тонах. Блиск скляний, перламутровий.

РОГОВА ОБМАНКА. Довгопризматичні, інколи стовпчасті кристали. Голкова призматична будова. Твердість 5,5-6. Спайність досконала. Колір темно-зелений, чорний, бурий. Блиск скляний, на площинах спайності – шовковистий. Риска бура.

АВГІТ. Короткостовпчасті, пластинчаті кристали. Суцільні зернисті маси. Твердість 5-5,6. Спайність досконала. Злом раковистий. Блиск скляний, напівметалічний. Колір чорний, бурий, темно-зелений.

 

Г. Темні без спайності

МАГНЕТИТ. Зернисті дрібнокристалічні маси, кристали, друзи. Твердість 5,5-6,0. Спайність відсутня, злом нерівний. Колір залізочорний, риска чорна. Блиск металічний, матовий. Особлива властивість – магнітний, щільність 5,0-5,3.

ГЕМАТИТ. Землисті, лускуваті, зернисті агрегати. Кристали та їх зростки. Злом нерівний. Твердість 5-6. Колір сталево-чорний до чорного, в прихованокристалічних різновидах – матово-червоний. Риска вишнево-червона. Щільність 5,0 - 5,3.

ЛІМОНІТ. Суцільні, пористі, ніздрюваті землисті маси. Часто утворюють жеоди. Щільні різновиди – кристалічні, землисті – аморфні. Твердість мінлива 1-5,5. Колір бурий, охряно-жовтий. Риска жовто-бура до червоної, блиск матовий, злом раковистий.

ОЛІВІН. Суцільні зернисті маси, кристали. Твердість 6,5-7. Колір оливково-зелений, темно зелений, чорний. Спайність відсутня або недосконала. Блиск скляний. Риски немає.

НЕФЕЛІН. Суцільні крупнозернисті маси. Призматичні та короткостовпчасті кристали. Твердість 5-6, крихкий. Колір темно-сірий, жовтуватий, червонуватий. Блиск жирний. Злом плоскораковистий.